Hydrostatic pressure machine

In order to address the climate change, renewable energies are considered one of the possible solutions. However, in order to accomplish the energy transition, new technologies need to be not only environmentally sustainable but also economically competitive. The Hydrostatic Pressure Machine (“HPM”) is a promising technology potentially able to satisfy these requirements. Its geometry is based on the hydraulic wheel of a water mill, with horizontal rotating shaft, giving this technology a vast potential market. In fact, the HPM is thought to requalify preexisting mill sites, as also to be installed on irrigational canals since it is able to regulate water surface levels operating like a water regulation weir. However, the scientific research on this energy converter is still at an early stage, as the HPM has only been realized as a prototype. For this project an explorative prototype has been developed, in order to assess a basic theory for the power production mechanism involved. The explorative prototype has been specifically built and tested. The prototype consists in a flat blade hydraulic wheel, that converts the mechanical energy of the working fluid. The extracted power is then transferred by the transmission system to a second shaft mounted above the water surface. Doing that, it is possible to assemble on the upper shaft an electro-mechanical “measurement and control system”, able to process and set in real-time the HPM torque and the rotational speed, without any risk of short-circuit occurring from water contact. The HPM is then studied under different conditions to measure its effectiveness as a water level controller and as an energy converter. The results in term of water level displacement, efficiency and power are then explained by the theoretical model proposed.

Al fine di affrontare il cambiamento climatico, le energie rinnovabili sono considerate una delle possibili soluzioni. Tuttavia, al fine di realizzare la transizione energetica, le nuove tecnologie devono essere non solo ecologicamente sostenibili per l’ambiente ma anche economicamente competitive. La Hydrostatic Pressure Machine (“HPM”) è una tecnologia promettente in grado di soddisfare questi requisiti. La sua geometria si basa sulla ruota idraulica di un mulino ad acqua, con albero rotante orizzontale, che conferisce a questa tecnologia un vasto mercato potenziale. In effetti, l’HPM è pensato per riqualificare i siti di mulini preesistenti, come anche per essere installato nei canali di irrigazione poiché è in grado di regolare i livelli di superficie dell’acqua funzionando come una diga di regolazione dell’acqua. Tuttavia, la ricerca scientifica su questo convertitore di energia è ancora in una fase iniziale, poiché l’HPM è stato realizzato solo come prototipo. Questo progetto ha realizzato un prototipo esplorativo, al fine di valutare una teoria di base per il meccanismo di produzione di energia coinvolto. Un prototipo sperimentale è stato costruito e testato. Il prototipo è una ruota idraulica a pala piatta, che converte l’energia meccanica del fluido di lavoro. La potenza estratta viene quindi trasferita dal sistema di trasmissione a un secondo albero montato sopra la superficie dell’acqua. In questo modo, è possibile montare sull’albero superiore un “sistema di misurazione e controllo” elettronico, in grado di elaborare e impostare in tempo reale la coppia di HPM e la velocità di rotazione, senza alcun rischio di cortocircuito dovuto al contatto con l’acqua. L’HPM viene quindi studiato in diverse condizioni per misurarne l’efficacia come controller del livello dell’acqua e come convertitore di energia. I risultati in termini di spostamento del livello dell’acqua, efficienza e potenza sono quindi spiegati dal modello teorico proposto.